关键词:HR3C管材、高温再热器、应力集中、焊缝热影响区脆化
1. 概述
某电厂1000MW机组锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产的DG3000/26.15-Ⅱ1型高效超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉,高温再热器布置在水平烟道上方,共98片管排,每片由12根管子U型弯制而成,高温再热器材质:外3圈HR3C,其余SUPER304H,规格:¢50.8×3.2mm。2007年7月5日完成168试运并投产。
2019年10月8日,该机组小修水压试验时,检查发现锅炉高温再热器有6处滑块(全部为高再入口第二层、共三层)存在渗水缺陷(全部为HR3C管子之间滑块),如图1所示。另外,检查发现大包内高温再热器HR3C管子有两只焊缝在焊缝热影响区产生裂纹,如图3所示。
2. 原因分析
1、在高温服役过程中,高温再热器所用的HR3C管子在奥氏体晶界及孪晶界处快速形成硬质脆性的碳化物颗粒并迅速长大,随着服役时间的增加这种晶界上的单个碳化物颗粒不断长大并形成链状组织,当长时服役后这种链状组织演化成粗大的带状结构,将奥氏体晶粒完全包裹(如图4所示)。
由于这种带状碳化物组织的力学性能完全不同于奥氏体晶粒,因其与基体不能达到很好的匹配,合金在受到冲击时,晶界成为合金的薄弱环节,在基体和碳化物组织之间首先引发裂纹,形成裂纹源;同时晶界已粗化,加之强度降低,裂纹将沿着晶界扩展,造成沿晶断裂。
2、高温再热器HR3C管子滑块角焊缝根部存在应力集中,易于造成裂纹的产生和发展,角焊缝端部区域由于是起弧或熄弧处应力集中程度最大,当该区域的应力水平超过HR3C钢服役温度下的持久强度时,裂纹首先在该区域产生并向母材方向发展。
3、高温再热器区域异常积灰、积焦,增加了管子焊口及滑块焊缝区域的附加应力。
综合上述分析认为:HR3C管子裂纹主要是与HR3C钢的焊接易脆化性能有关,裂纹产生在高温再热器滑块覆盖面之下(即滑块焊缝热影响区)、及高温再热器焊缝热影响区部位,在一定的应力集中区域首先开裂。
3. 处理与防范措施
1、对高温再热器中间第二层HR3C管子之间滑块焊缝进行全面打磨着色探伤检查,对高温再热器第一、三层滑块(包括HR3C管子之间、SUPER304H管子之间)进行抽查打磨着色探伤检查,在中间第二层(HR3C管子之间)共发现54处裂纹裂至管壁,进行换管处理,另外发现82处表面裂纹打磨消除,不需换管处理;对左数第57-61排SUPER304H管子之间滑块焊缝打磨着色探伤检查,未发现裂纹。
2、HR3C钢管子是目前电站锅炉受热面耐温耐压等级最高的管材,其焊接焊缝易脆化产生裂纹的问题是超(超)机组面临的重大难题,必须将该问题作为重要研究课题进行研究防范,及时掌握高性能材料的安全运行状况,计算出高性能材料(特别是管材焊缝)的剩余使用寿命,达到预判何时进行改造的目的。同时,也指导其它超超临界机组的电厂做好高性能材料的安全使用工作,以确保超超临界机组安全运行。
论文作者:刘天佐 孟祥泽
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/11/29
标签:裂纹论文; 高温论文; 滑块论文; 应力论文; 碳化物论文; 机组论文; 锅炉论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;